высокочувствительные волоконно-оптические гироскопы для определения вращательного движения земли вокруг активных вулканов

Исследователи создали прототип волоконно-оптического гироскопа для мониторинга в реальном времени с высоким разрешением вращения грунта, вызванного землетрясениями в районе действующего вулкана Кампи-Флегрей, Неаполь, Италия. Лучшее понимание сейсмической активности в этом густонаселенном районе может улучшить оценку рисков и, возможно, усовершенствовать системы раннего предупреждения. Во время землетрясений поверхность Земли испытывает как линейные, так и вращательные движения, - говорит Саверио Авино, руководитель исследовательской группы из Национального института научных исследований в Ортиге, Италия (CNR-INO). "Хотя вращательные движения обычно невелики и не отслеживаются, возможность их фиксации позволит нам получить более полное представление о внутренней динамике Земли и сейсмических источниках".

В журнале Applied Optics исследователи сообщают о первых наблюдениях за датчиком вращения на основе волоконно-оптического гироскопа длиной 2 километра. Датчик показал хорошие результаты в течение пяти месяцев непрерывной записи данных и смог обнаружить шум и вращение грунта от небольших и средних локализованных землетрясений.

Население Неаполя составляет около 3 миллионов человек, и здесь находятся три действующих вулкана. Вся территория покрыта сетью многопараметрических датчиков, которые позволяют в режиме реального времени отслеживать различные физические и химические параметры для изучения сейсмической и вулканической активности.

"Измерения вращения земли добавят еще одну деталь в этот сложный пазл датчиков", - говорит Данило Галуццо, член исследовательской группы из Национального института геофизики и вулканологии (INGV).

"Эта дополнительная информация также будет способствовать всестороннему пониманию сейсмической сигнатуры вулкана, что очень важно для обнаружения любых изменений в динамике вулкана".

Волоконно-оптические гироскопы зафиксировали мелкие и средние землетрясения, включая этот рой, в вулканическом районе Кампи-Флегрей, Неаполь, Италия. Автор изображения: Саверио Авино, CNR-INO

Измерение вращательного движения

Гироскоп - это устройство, используемое для обнаружения и измерения изменений направления или угловой скорости (скорости вращения объекта). Например, в смартфонах простой гироскоп определяет и измеряет направление и вращение устройства. Для измерения вращения сейсмических волн, возникающих при землетрясениях или вулканической активности, исследователи разработали более сложный гироскоп, основанный на эффекте Сагнака.

Волоконно-оптический гироскоп - это чувствительный угловой скорости волоконно-оптических датчиков, основной принцип работы заключается в использовании эффекта Сагнака: в кольцевой интерферометр, от источника света выдается световая волна делится на две части с помощью разделителя луча, два пучка света будет соответственно по часовой стрелке и против часовой стрелки направление движения, и обратно к разделителю луча. Когда интерферометр находится во вращательном движении относительно инерциальной системы отсчета с определенной угловой скоростью, возникает разность фаз между лучами по часовой и против часовой стрелки:

Волоконно-оптические инерциальные системы наведения использует в качестве измерительного устройства волоконно-оптический гироскоп серии BSD с замкнутым контуром, который обладает такими характеристиками, как высокая точность, высокая надежность, длительный срок службы, широкий диапазон измерений, высокая устойчивость к ударам и вибрации и т.д. Он может обеспечить точное позиционирование и навигацию по направлению для оператора в условиях полной изоляции (без спутника).

"Наша лаборатория расположена в центре активной вулканической области, поэтому она является естественным источником землетрясений", - говорит Авино. Поскольку небольшие и средние землетрясения происходят у нас почти каждый день, мы можем измерять и получать большое количество данных о вращении грунта, которые можно постоянно анализировать для изучения сейсмических и вулканических явлений в районе Кампи-Флегри".